外差檢測方法的原理

『壹』 相干檢測和光外差檢測的區別與聯系

相干檢測和光外差檢測的區別與聯系是光外差探測是一種光頻相干檢測，是基於相乾的參考光和入射信號光在光敏面上混頻的原理實現的。利用光波的振幅、頻率、相位攜帶信息，而不是光強，用光波的相干原理，只能用相干光，叫相干檢測，類似於無線電外茶檢測，故又稱光外差檢測。

『貳』 什麼是超再生、超外差

1、超再生是一種直放式接收機，是利用正反饋原理，把經過放大了的信息回饋到輸入端，再放大、循環，信號本身不經過變頻，直接進行處理，具有電路簡單、靈敏度高、體積小，成本低等優點，也有靈敏度不穩定、選擇性差、抗干擾能力差等缺點。所謂直放，是與超外差技術相對應的。也就是說信號本身不經過變頻，直接進行處理。

2、超外差接收機中有一個振盪器叫本機振盪器。它產生的高頻電磁波與所接收的高頻信號混合而產生一個差頻，這個差頻就是中頻。如要接收的信號是900KHZ.本振頻率是1365KHZ.兩頻率混合後就可以產生一個465KHZ或者2265KHZ的差頻。接收機中用LC電路選擇465KHZ作為中頻信號。超外差（superheterodyne）原是超聲外差（supersonic heterodyne）的縮寫，並非指本振源頻率比信號頻率高。

2、本振頻率中有鎖相環，數字分頻、數字鑒相器等電路，保證極高的穩定度,否則會產生本振頻率漂移；

3、都有鎖相環電路來保證本振頻率的穩定度；

4、一般採用穩定性好的晶體振盪器；

5、振盪頻率高，易起振,振頻穩，振幅高,振盪特性好；

6、本振電路多採用體積小、可靠性高的單片大規模集成數字頻率合成器；

7、每一級電源都應有0.1μF或0.01 μF的旁路電容接地；

8、電源可數模分開供電，接地及屏蔽良好，本振輸出端有帶通濾波器，使本振輸出雜波小。

『叄』 超外差的原理

超外差原理如圖1。本地振盪器產生頻率為f1的等幅正弦信號，輸入信號是一中心頻率為fc的已調制頻帶有限信號,通常f1>fc。這兩個信號在混頻器中變頻，輸出為差頻分量,稱為中頻信號，fi=f1-fc為中頻頻率。圖2表示輸入為調幅信號的頻譜和波形圖。輸出的中頻信號除中心頻率由fc變換到fi外，其頻譜結構與輸入信號相同。因此，中頻信號保留了輸入信號的全部有用信息。
超外差原理的典型應用是超外差接收機（圖3）。從天線接收的信號經高頻放大器（見調諧放大器）放大，與本地振盪器產生的信號一起加入混頻器變頻，得到中頻信號，再經中頻放大、檢波和低頻放大，然後送給用戶。接收機的工作頻率范圍往往很寬，在接收不同頻率的輸入信號時，可以用改變本地振盪頻率f1的方法使混頻後的中頻fi保持為固定的數值。
接收機的輸入信號uc往往十分微弱（一般為幾微伏至幾百微伏），而檢波器需要有足夠大的輸入信號才能正常工作。因此需要有足夠大的高頻增益把uc放大。早期的接收機採用多級高頻放大器來放大接收信號，稱為高頻放大式接收機。後來廣泛採用的是超外差接收機,主要依靠頻率固定的中頻放大器放大信號。
和高頻放大式接收機相比，超外差接收機具有一些突出的優點。
①容易得到足夠大而且比較穩定的放大量。
②具有較高的選擇性和較好的頻率特性。這是因為中頻頻率fi是固定的，所以中頻放大器的負載可以採用比較復雜、但性能較好的有源或無源網路，也可以採用固體濾波器，如陶瓷濾波器（見電子陶瓷）、聲表面波濾波器（見聲表面波器件）等。
③容易調整。除了混頻器之前的天線迴路和高頻放大器的調諧迴路需要與本地振盪器的諧振迴路統一調諧之外，中頻放大器的負載迴路或濾波器是固定的，在接收不同頻率的輸入信號時不需再調整。 超外差接收機的主要缺點是電路比較復雜，同時也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等(見混頻器)。例如，當接收頻率為fc的信號時，如果有一個頻率為f婞=f1+fi的信號也加到混頻器的輸入端，經混頻後也能產生|f1-f婞|=fi的中頻信號,形成對原來的接收信號fc的干擾，這就是像頻干擾。解決這個問題的辦法是提高高頻放大器的選擇性，盡量把由天線接收到的像頻干擾信號濾掉。另一種辦法是採用二次變頻方式。
二次變頻超外差接收機的框圖如圖4。第一中頻頻率選得較高，使像頻干擾信號的中心頻率與有用輸入信號uc的中心頻率差別較大，使像頻信號在高頻放大器中受到顯著的衰減。第二中頻頻率選得較低，使第二中頻放大器有較高的增益和較好的選擇性。
隨著集成電路技術的發展，超外差接收機已經可以單片集成。例如，有一種單片式調幅-調頻（AM/FM）接收機，它的AM/FM高頻放大器、本地振盪器、 混頻器、AM/FM中頻放大器、AM/FM檢波器、音頻功率放大器以及自動增益控制(AGC)、自動頻率控制(AFC)、調諧指示電路等(共700個元件)均集成在一個面積為2.4×3.1毫米2晶元上，它的工作電壓范圍為1.8～9伏，工作於調幅與調頻方式的靜態電流分別為3毫安和5毫安。

『肆』 超聲波方面的外差法原理是什麼

聲波是物體機械振動狀態（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經敲擊後，它就上下振動，這種振動狀態通過空氣媒質向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動頻率大於20KHz以上的,其每秒的振動次數（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。

『伍』 外差檢測與直接檢測有何區別，有何優點

優點：使得對光系統的頻率調製成為可能
外差接收機的靈敏度比直接檢測接收機的靈敏度要高得多
缺點：設備復雜，成本更高

『陸』 外差式頻譜儀是如何實現水平軸為頻率軸的

頻譜分析儀是利用頻率域對信號進行分析、研究的一種測量儀器，對於信號分析來說它是不可少的，隨著通訊技術的迅猛發展，越來越多的野外作業需要頻譜儀的支持(頻譜分析儀的種類)，如通訊發射機以及干擾信號的測量，頻譜的監測，器件的特性分析等等，其應用領域廣泛，並且各行各業、各個部門對頻譜分析儀應用的側重點也不盡相同。那麼頻譜分析儀的工作原理是什麼呢?一般來說頻譜分析儀的工作原理(數字萬用表使用)可以從以下兩個方面來說：
一是對信號進行時域的採集，然後對其進行傅里葉變換，將其轉換成頻域信號。我們把這種方法叫作動態信號的數學分析方法。特點是比較快，有較高的采樣速率，較高的解析度。即使是兩個信號間隔非常近，用傅立葉變換也可將它們分辨出來。但由於其分析是用數字采樣，所能分析信號的最高頻率受其采樣速率的影響，限制了對高頻的分析。
目前來說，最高的分析頻率只是在10MHz或是幾十MHz，也就是說其測量范圍是從直流到幾十MHz。
科學發展到今天，我們可以用許多方法測量一個信號，不管它是什麼信號。通常所用的最基本的儀器是示波器，觀察信號的波形、頻率、幅度等。但信號的變化非常復雜，許多信息是用示波器檢測不出來的，如果我們要恢復一個非正弦波信號F，從理論上來說，它是由頻率F1、電壓V1與頻率為F2、電壓為V2信號的矢量迭加(見圖1)。
從分析手段來說，示波器橫軸表示時間，縱軸為電壓幅度，曲線是表示隨時間變化的電壓幅度。這是時域的測量方法，如果要觀察其頻率的組成，要用頻域法，其橫坐標為頻率，縱軸為功率幅度。這樣，我們就可以看到在不同頻率點上功率幅度的分布，就可以了解這兩個(或是多個)信號的頻譜。有了這些單個信號的頻譜，我們就能把復雜信號再現、復制出來。這一點是非常重要的。
對於一個有線電視信號，它包含許多圖像和聲音信號，其頻譜分布非常復雜。在衛星監測上，能收到多個信道，每個信道都佔有一定的頻譜成份，每個頻率點上都佔有一定的帶寬。這些信號都要從頻譜分析的角度來得到所需要的參數。
這種分析方法一般用於低頻信號的分析，如聲音，振動等。
二是靠電路的硬體去實現的，而不是通過數學變換。它通過直接接收，稱為外差式頻譜分析儀。
超外差式頻譜分析儀的工作原理
現在所用的頻譜分析儀多為超外差式，並採用多次變頻(3～4次)，以降低中頻頻率，實現窄通帶和高分辨力。超外差式頻譜分析儀的基本工作原理如圖下所示：
超外差式頻譜分析儀的基本工作原理
輸入信號與本振(LO)混頻，產生中頻(IF)信號經窄帶中放被送到包絡檢波器，檢波器輸出信號被放大並使屏幕顯示產生垂直偏轉，掃描發生器保證屏幕顯示的水平頻率軸和本地振盪器調諧同步，它同時驅動水平偏轉調諧LO。
在量測高頻信號時，外差式頻譜分析儀混波以後的中頻因放大之故，能得到較高的靈敏度，且改變中頻濾波器的頻帶寬度，能容易地改變頻率的解析度，但由於超外差式的頻譜分析儀是在頻帶內掃瞄之故，因此，除非使掃瞄時間趨近於零，無法得到輸入信號的實時(Real Time)反應，故欲得到與實時分析儀的性能一樣的超外差式頻譜分析儀，其掃瞄速度要非常之快，若用比中頻濾波器之時間常數小的掃瞄時間來掃瞄的話，則無法得到信號正確的振幅，因此欲提高頻譜分析儀之頻率解析度，且要能得到准確之響應，要有適當的掃瞄速度。
由以上之敘述，可以得知超外差式頻譜分析儀無法分析瞬時信號(TransientSignal)或脈沖信號(Impulse Signal)的頻譜，而其主要應用則在測試周期性的信號及其它雜散信號(Random Signal)的頻譜。
超外差式頻譜分析儀是用超外差接收機的方式來實現頻譜分析的。最基本的核心部分是它的混頻器。基本功能是將被測信號下變至中頻21.4MHz，然後在中頻上進行處理，得到幅度。在下變頻的過程中，是由本振來實現下變頻的。本振信號是掃描的，本振掃描的范圍覆蓋了所要分析信號的頻率范圍。所以調諧是在本振中進行的。全部要分析的信號都下變頻到中頻進行分析並得到譜頻。
用超外差接收機的方式來實現頻譜分析原理
這與日常所用的電視機、收音機的原理是一樣的。但是有線電視輸出信號范圍很廣，比如有50個頻道播放。這50個信號是同時進入接收機的，其總功率是迭加的。而所看的電視節目只能是其中之一。同理，送入頻譜儀的輸入埠信號是所採集信號的總和，其中包括所要分析的特定信號，所輸入到頻譜儀的功率是總功率。由此要引入一個參數-最大燒毀功率。
這一值是1瓦或是+30dBm。也就是說輸入到頻譜儀的信號功率總和不能超過1瓦，否則將會燒毀儀器的衰減器和混頻器。
例如，我們要監測一個衛星信號，假設其頻率為12GHz，其功率可能只有-80dBm左右，這是很小的。但要知道輸入信號是由很多信號迭加組成的，若是在其它某一頻率上包括一個很強的信號，即使你沒有看到這個大功率信號，若輸入信號功率的總和大於1瓦，也是要燒毀頻譜儀的，而其中的大功率信號並不是你所要分析的信號。這是我們在日常工作中需多加小心的，因為更換混頻器的費用是很高的。
當然，頻譜儀在輸入信號時並沒有直接將其接入混頻器，而是首先接入一個衰減器。這不會影響最終的測量結果，完全是為了儀表內部的協調，如匹配、最佳工作點等等。它的衰減值是步進的，為0dB、5dB、10dB，最大為60dB。
還有的頻譜儀是不能輸入直流的，否則也會損壞器件。另外，還應注意不能有靜電，因為靜電的瞬時電壓很高，容易把有源器件擊穿。日常工作中把儀表接地就會有很好的效果，當然要有保護接地會更好。
在中頻，所有信號的功率幅度值與輸入信號的功率是線性關系。輸入信號功率增大，它也增大，反之相同。所以我們檢測中頻信號是可行的。另外，為了有效檢測，要有一個內部中頻信號放大。混頻器本身有差落衰減，本頻和射頻混頻之後它並不是只有一個單一中頻出來，它的中頻信號非常豐富，所有這些信號都會從混頻器中輸出。在眾多的諧波分量中，只對一個中頻感興趣。這就是前面所說的21.4MHz。這是在儀器器件中已做好的，用一個帶通濾波器把中心頻率設在21.4MHz，濾除其它信號，提取21.4MHz的中頻信號。通過中頻濾波器輸出的信號，才是我們所要檢測的信號。
濾波器在工作中有幾個因素：中心頻率是21.4MHz，固定不變，其30dB帶寬可以改變。比如對廣播信號來說，其帶寬一般是幾十kHz，若信號帶寬是25kHz，中頻的帶寬一定要大於25kHz。這樣，才能使所有的信號全部進來。如果太寬，就會混入其它信號;如果太窄，信號才進來一部分，或是低頻成份，或是高頻成份。這樣信號是解調不出來的。
中頻帶寬設置根據實際工作的需要來決定的。當然它會影響其它很多因素，如底雜訊、信號解調的失真度等。
經過中頻濾波器的中頻信號功率就是反應了輸入信號的功率。檢測的方法就是用一個檢波器，將它變為電壓輸出，體現在縱軸的幅度。當然還要經過D/A轉換和一些數據處理，加一些修正和一些對數、線性變換。這足以給我們帶來信號分析上的許多方便。

『柒』 為什麼光外差探測是全息探測

起著光學混頻器（干涉）的作用。
光外差探測是一種光頻相干檢測，是基於相乾的參考光和入射信號光在光敏面上混頻的原理實現的。
光頻外差探測是一種全息探測技術，這種探測技術可以探測光頻電場的振幅、頻率和相位所攜帶的信息。

『捌』 相干檢測和光外差檢測區別和聯系

光學外差檢測是一種光頻相干檢測。相干檢測是一種信號的解調機制。利用調制信號的載波和接收到的已調信號相乘，然後通過低通濾波得到調制信號的檢測方式。

『玖』 超聲波局放

為了進行電機廠設備預防維護保養, 有許多次, 可透過一些簡單型式的音頻信號捕獲設備聆聽軸承聲音, 而判定軸承磨損狀況, 但由於只是聆聽信號的音頻成份, 此種類型的診斷結果將會十分粗糙, 因為, 無法察覺超聲波范圍內的微細變化而因此忽略了。當軸承聲音在音頻范圍內聽起來是不良的時候, 它已需立即作更換, 超聲波檢測提供一個可預測的診斷能力, 因此, 當超聲波范圍內開始有變化發生時, 仍有時間規劃適當的維護保養工作。在測漏的領域里, 超聲波提供快速精準的方法, 能找出微小的及嚴重的泄漏。由於超聲波是短波信號, 一泄漏的超聲波成份在泄漏位置檢測到的會是最大聲且最清楚。在嘈雜工廠類型的環境里, 超聲波的觀點更有用。
多數工廠內的環境聲會阻礙一泄漏的低頻成份, 因此, 使可聽見的泄漏檢測無用。
由於Ultraprobe不能反應低頻聲, 它將只聽見泄漏的超聲波成份, 而借著掃瞄測試區, 可快速找到泄漏位置。
電氣放電如電弧、小電弧及電暈, 有強烈的超聲波成份, 也許很快便可檢測到, 就跟一般的測漏一樣, 這些潛在的問題, 都可於嘈雜的工廠環境下使用Ultraprobe檢測到。

特點：
1. 能夠先於其它檢測手段如紅外檢測而檢測到早期的故障現象。
2. 攜帶型設備，攜帶方便，操作簡單。
3. 通過長距探頭LRM或超聲波遠距接收器UWC可以極大增加儀器的檢測距離（UWC可以檢測30米以上的距離）。
Ultraprobe 是一種多功能的超聲波檢測儀器，可探測、存儲和分析超聲波信息，從簡單的泄漏檢測到復雜的機械分析均可應用。根據檢測環境的差異，提供各種量身定做的功能附件，適用特定的應用場合。超聲波全功能部分放電/泄漏偵測器，可感測出電機廠運轉設備故障、振動、泄漏及電氣局部放電所產生的高頻信號。它使用獨特外差法（Heterodyn-ing）將這些訊號轉換為音頻信號，讓使用者透過耳機來聽到這些聲音，並於顯示上看到強度指示。外差法原理就像是收音機，可將信號准確地轉換成聲音，讓人們容易地辨認及了解。使用超聲波技術的優點就是容易理解、方便，超聲波是一高頻短波信號，此聲波是不被人耳所直接聽見，當我們透過超聲波全功能偵測器可完全偵測到這些聲音。其特性有以下優點：超聲波具有方向性、超聲波很容易作阻隔或遮蔽、超聲波儀器能使用於噪音環境、超聲波的變化可預知潛在的問題、超聲波儀器操作容易。
Ultraprobe 10,000是世界上最先進的超聲波檢查系統。
Ultraprobe 10,000在電力行業的的典型應用：
適用於電力設備的檢查，能遠距離探測開關裝置，變壓器，絕緣裝置，斷路器，繼電器，母線排等發生的電氣放電，例如電弧，漏電或電暈以及泄漏等問題這種信號用Ultraprobe聽起來像是油炸聲或嗡嗡聲，越靠近放電處，聲音越大。配合使用附件UWC-9000（超聲波集波器）可對架空電力線進行檢測。
Ultraprobe 10,000 將超聲波檢測技術帶入了全新領域。只要擁有了這套檢測系統，您就可以進行狀態分析、音頻記錄、數據存儲和管理等多項工作。創造音頻圖象! 堪稱世界上最先進的超聲波檢測系統。

『拾』 光電直接檢測與光外差的區別和聯系

光電檢測方法光電檢測方法 直接探測與外差探測系統光信號 接收器 濾波器光電 探測器 放大器 濾波器直接探測系統 光信號接收器 濾波器光電 探測器 激光器外差探測系統 直接檢測 直接檢測 光電探測器的基本功能是把入射到探測器上的光功率轉換為相應的光電流 光電流是光電探測器對入射光功率的響應，如果傳遞的信息表現為光功率的變化，利用光電探測 器的直接光電轉換功能就能實現信息的直接解調 光電探測器的平方律特性光電探測器的平方律特性 假定入射光的電場為是等幅正弦變化 ，那麼光電探測器的輸出功率 電輸出功率正比於入射光功率的平方； 光電流正比於光電場振幅 的平方 信噪比 信噪比 ）<<1，則有直接探測方式不適宜輸入信噪比小於1或微弱信號的探測 若（si/ni）>>1，則有輸出信噪比等於輸入信噪比之半，光電轉換後的信躁比 損失不大，適宜於強光探測 直接探測直接探測—— ——提高輸入信噪比的光學方法 提高輸入信噪比的光學方法 光譜濾波：基於目標輻射的波長與背景輻射波長之間的差別，利用光譜濾波法 消除背景輻射的干擾 場鏡：在調制盤及探測器之間插入一個透鏡，它能把視場邊緣的光線折向 光軸，使得焦平面上每一點發出的光 線都充滿探測器； 外差檢測外差檢測 該方法將包含有被測信息的相干光調制波 相干光調制波和作為基 準的本機振盪光波 本機振盪光波，在滿 足波前匹配 波前匹配條件下在光電 探測器上進行混頻 混頻。探測 器輸出的是頻率為兩光波 光頻差的拍頻信號 拍頻信號 該信號包含有調制信號的調制信號的 振幅 振幅、頻率和相位。通過 檢測拍頻信號最終調制出 被傳送的信號 基本原理基本原理 量子效率；:光子能量； 第三項（和頻項）是餘弦函數的平均值為零。而第四項（差頻項）相對光頻而言，頻率要低得多。 當差頻低於光探測器的截止頻率時，光探測器就 有頻率為 的光電流輸出。 光探測器輸出的光電流混頻後的頻譜 混頻後的頻譜 兩束光頻率必須足夠接近，差頻信號兩束光頻率必須足夠接近，差頻信號 才能處於探測器的通頻帶范圍內 才能處於探測器的通頻帶范圍內 探測能力強：光波的振幅、相位及頻率的變化都會引起光電探測器的輸出，因此外差探測不 僅能夠檢測出振幅和強度調制的光波信號，而 且可以檢測出相位和頻率調制的光信號 轉換增益高：外差探測時經過光電接收器輸出的電流幅值為 是信號光和本徵光的功率外差檢測與直接檢測的性能比較 外差檢測與直接檢測的性能比較 同樣信號光功率下，光外差探測和直接探測得到 的信號功率比為 G為轉換增益 相幹探測中本徵光的功率P 遠大於接收到的信號光功率P ,通常是高幾個數量級，因此G可高達10 濾波性能好–形成外差信號，要求信號光和本徵信號空間嚴 格對准，而背景光入射方向是雜亂無章的，偏 振方向也不確定，不能滿足外差空間調准要求， 不能形成有效的外差信號